Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoatudang09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Điện tử công suất với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích và tính toán được các mạch điều khiển công suất như: chỉnh lưu, biến đổi AC, biến đổi DC và nghịch lưu; lắp ráp được các mạch chỉnh lưu và mạch ứng dụng kỹ thuật chỉnh lưu vào thực tế hoạt động tốt theo yêu cầu;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình sau đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng): Phần 2 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Bài 4 Bộ biến đổi điện áp một chiều Mục tiêu - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ biến đổi, nguyên lý làm việc của mạch điện. - Lắp ráp được bộ biến đổi DC – DC không cách ly, bộ ổn áp tuyến tính. - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập. 4.1. Khái quát chung Các bộ biến đổi xung áp một chiều (XADC) dùng cho các biến đổi mức điện áp một chiều. Nguyên lý biến đổi xung áp cơ bản vẫn là dùng một khóa điện tử nối tải vào nguồn trong những khoảng thời gian nhất định tx lặp lại theo chu kỳ T. Điện áp ra thay đổi nhờ thay đổi tx = 0 – T. Ưu điểm cơ bản của các bộ biến đổi xung áp một chiều là với tần số đóng cắt cao, từ vài kHz đến vài trăm kHz, phụ thuộc vào loại van sử dụng, kích thước của các phần tử phản kháng như tụ điện, điện cảm sẽ rất nhỏ. Phần tử khóa trong XADC có thể là tiristor hoặc các van điều khiển hoàn toàn. Nếu dùng tiristo sẽ phải có thêm các mạch khóa cưỡng bức làm phức tạp thêm sơ đồ và tăng tổn hao trong quá trình hoạt động. Công nghệ hiện đại đã sản xuất ra các van điều khiển hoàn toàn như GTO, IGBT, MOSFET có thể thay thế hoàn toàn các tiristo ở mọi dải công suất trong các bộ biến đổi xung áp. Chính vì vậy ta sẽ chỉ cần xét đến các bộ biến đổi xung áp dùng các van biến đổi hoàn toàn. Tùy theo vị trí của phần tử khóa trong sơ đồ mà XADC phân loại thành: - XADC nối tiếp - XADC song song - XADC nối tiếp, song song XADC được sử dụng có thể chỉ cần để điều chỉnh được điện áp một chiều đập mạch ở đầu ra, như trong ứng dụng điều khiển động cơ một chiều hay các bộ nạp ắc quy, tạm gọi là XADC điều chỉnh. Trong một loạt các ứng dụng quan trọng, XADC được sử dụng như các bộ biến đổi DC-DC, với yêu cầu điện áp đầu ra được là phẳng hoàn toàn. Có thể gọi đây là XADC làm việc như một bộ biến đổi nguồn. Đặc trưng của các sơ đồ này là phía một chiều đầu ra có mắc tụ san bằng, có giá trị đủ lớn, vì vậy có thể coi điện áp đầu ra là không đổi hoặc thay đổi chậm. 93
4.2. Mạch giảm áp – mắc nối tiếp * Nguyên lý làm việc - Nhịp S: uZ = U iZ = iS: tăng theo đường cong hàm mũ về giá trị (U – Eư )/R Hình 4.1: Mạch giảm áp – mắc nối tiếp Năng lượng từ nguồn U, một phần tích lũy vào cuộn L, phần lớn nạp cho Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R. Nhịp S kéo dài trong khoản thời gian T1. Kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào khóa S. - Nhịp V0: uZ = 0 iZ = iV0: giảm theo đường cong hàm mũ về giá trị -Eư /R Năng lượng trước đây tích lũy trong cuộn L được giải phóng, phần lớn nạp cho Eư, phần còn lại tiêu tốn trên R. Nhịp V kéo dài trong khoản thời gian T2. Kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào khóa S. Giá trị trung bình điện áp trên tải 4.3. Mạch tăng áp – mắc song song * Nguyên lý làm việc - Nhịp S: uZ = 0 iZ = iS; tăng theo đường cong hàm mũ, về giá trị Eư/R 94
Hình 4.2: Mạch tăng áp – mắc song song Năng lượng từ nguồn Eư được tích lũy phần lớn vào cuộn L, phần còn lại tiêu tốn trên điện trở R. Nhịp S kéo dài trong khoảng thời gian T1. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “cắt” đưa vào S. - Nhịp V0: uZ = U iZ = iV0; giảm theo đường cong hàm mũ, về giá trị (Eư –U)/R < 0 Năng lượng từ nguồn Eưcùng với năng lượng đã tích lũy trong cuộn L ở nhịp trước, tiêu tốn một phần trên điện trở R, phần lớn còn lại được trả về nguồn U. Nhịp V0 kéo dài trong khoảng thời gian T2. Nhịp kết thúc khi tín hiệu “đóng” đưa vào S. Giá trị trung bình điện áp trên tải 4.4. Bộ ổn áp 4.4.1. Định nghĩa Ổn áp là mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho các mạch điện trong thiết bị theo yêu cầu thiết kế của mạch điện, từ một nguồn cung cấp ban đầu. 4.4.2. Phân loại Tuỳ theo nhu cầu về điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà trong kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều và ổn áp một chiều. Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước khi đưa vào mạng cục bộ hay thiết bị điện. Ngày nay với tốc độ phát triển của kỹ thuật người ta có các loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dùng mạch điện tử tương tự, ổn áp dùng kỹ thuật số.... 95
Ổn áp một chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên trong thiết bị, mạch điện của thiết bị theo từng khu vực, từng mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định của mạch điện. Người ta có thể chia mạch ổn áp một chiều thành hai nhóm lớn là ổn áp tuyến tính và ổn áp không tuyến tính (còn gọi là ổn áp xung). Việc thiết kế mạch điện cũng đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng điôt zêne, ổn áp dùng tranzito, ổn áp dùng IC...Trong đó mạch ổn áp dùng tranzito rất thông dụng trong việc cấp điện áp thấp, dòng tiêu thụ nhỏ cho các thiết bị và mạch điện có công suất tiêu thụ thấp. 4.4.3. Thông cơ bản số của mạch ổn áp - Điện áp cung cấp: là điện áp ngõ ra của mạch ổn áp dùng để cung cấp cho mạch điện được quyết định bởi cấu tạo thiết kế mạch. Tính bằng vôn. - Sai số ngõ ra cho phép: là phạm vi sai lệch điện áp cho phép trong quá trình thiết kế mà mạch điện, thiết bị vẫn hoạt động ổn định tốt, được tính bằng tỷ lệ %, thông thường tỷ lệ này càng nhỏ độ ổn định làm việc càng tốt. Trong các thiết bị điện tử thông thường sai số thường được chọn nằm trong khoảng (1 - 5%) - Điện áp giới hạn ngõ vào: Là khoảng điện áp ngõ vào cung cấp cho mạch ổn áp mà hệ thống mạch ổn áp làm việc ổn định, chính xác. - Dòng chịu tải: là dòng điện mà hệ thống ổn áp có thể cung cấp cho mạch điện mà không ảnh hưởng đến các thông số khác của hệ thống ổn áp trong một thời gian làm việc lâu dài. Tuỳ vào thiết kế mà dòng chịu tải có thể được tính bằng Amp hay mA. - Công suất nguồn là khả năng cung cấp nguồn cho tải của hệ thống ổn áp, được tính bằng W hay kW. 4.4.4. Các mạch ổn áp a. Mạch ổn áp dùng Tranzito Mạch lợi dụng tính ổn áp của điôt zêne và điện áp phân cực thuận của tranzito để thiết lập mạch ổn áp (Hình 4.3). Q Tranzito æn ¸p Rb Tô läc ngâ ra + Vo: §iÖn ¸p ngâ ra + Vi:§iÖn ¸p ZENER ngâ vµo tô läc æn ®Þnh Hình 4.3: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN 96
Q: tranzito ổn áp Rb: điện áp phân cực B cho tranzito và điôt zêne Ở mạch này cực B của tranzito được giữ mức điện áp ổn định nhờ điôt zêne và điện áp ngõ ra là điện áp của điện áp zêne và điện áp phân cực thuận của tranzito Vo  Vz  Vbe Vz: điện áp zêne Vbe: điện áp phân cực thuận của tranzito (0,5 – 0,7v) Điện áp cung cấp cho mạch được lấy trên cực E của tranzito, tuỳ vào nhu cầu mạch điện mà mạch được thiết kế có dòng cung cấp từ vài mA đến hàng trăm mA, ở các mạch điện có dòng cung cấp lớn thường song song với mạch được mắc thêm một điện trở Rc khoảng vài chục đến vài trăm Ohm như Hình 3.2 gọi là trở gánh dòng. Việc chọn tranzito cũng được chọn tương thích với dòng tiêu thụ của mạch điện để tránh dư thừa làm mạch điện cồng kềnh và dòng phân cực qua lớn làm cho điện áp phân cực Vbe không ổn định dẫn đến điện áp cung cấp cho tải kém ổn định. Rc Q Tranzito æn ¸p Rb Tô läc ngâ ra + Vo: §iÖn ¸p ngâ ra + Vi:§iÖn ¸p ZENER ngâ vµo tô läc æn ®Þnh Hình 4.4: Mạch ổn áp tham số dùng tranzito NPN có điện trở gánh dòng Dòng điện cấp cho mạch là dòng cực C của tranzito nên khi dòng tải thay đổi dòng cực C thay đổi theo làm trong khi dòng cực B không thay đổi, nên mặc dù điện áp không thay đổi (trên thực tế sự thay đổi không đáng kể) nhưng dòng tải thay đổi làm cho tải làm việc không ổn định. b. Mạch ổn áp dùng điôt zener Phần tử chính của mạch là điôt zener. Mạch điện được trình bày trong Hình 4.5 97
R1 C1 + Vi Vo D1 Hình 4.5: Mạch ổn áp tham số dùng điôt zêner D1: Làm nhiệm vụ ghim mức điện áp. Giá trị điện áp cần cung cấp cho mạch lớn bao nhiêu thì ta sử dụng điôt zenner có giá trị điện áp lớn bấy nhiêu vôn. C1: Làm nhiệm vụ lọc nguồn cung cấp cho mạch, tránh ảnh hưởng từ nguồn vào mạch và ngược lại. Trong các mạch có tần số làm việc cao, thường người ta mắc thêm một tụ điện có trị số khoảng vài ngàn pF đến vài chục ngàn pF để lọc nhiễu tần số cao. R1: Làm nhiệm vụ giảm áp. Giá trị của điện trở R1 được tính theo công thức: Vi  Vo R1 = Iz  It (4.1) Trong đó: Vi: Là điện áp ngõ vào Vo: Là điện áp ngõ ra Iz: Là dòng điện đi qua điốt zenner, đảm bảo sao cho rơi vào vùng ghim áp, gọi là dòng phân cực. Dòng phân cực tuỳ thuộc vào cấu tạo của điốt, thông thường là 10mA, 50mA, 100mA và được biết chính xác nhờ bảng tra. It: là dòng điện đi qua tải. Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Khi có điện áp ở ngõ vào cấp cho tải, dòng điện chảy qua điện trở R1, một phần điện áp cấp cho tải, phần điện áp còn lại cấp cho điôt làm dòng phân cực và ghim mức ở điện áp zenner. Khi có sự biến động điện áp ở nguồn hoặc ở tải trong phạm vi hẹp, nằm trong khoảng làm việc của điốt zêne, điện áp trên đầu của điốt được giữ không đổi, làm cho điện áp ngõ ra Vo không đổi. Từ đặc điểm cấu tạo và tính chất của mạch như trên, trong thực tế ta cần lưu ý: 98
Mạch ổn áp dùng điôt zêne chỉ dùng để cấp nguồn cho các mạch điện có dòng tiêu thụ nhỏ (khoảng vài chục mA), điện áp thấp (dưới 30 V). Chỉ cung cấp cho các mạch điện có độ biến động nhỏ với điện áp ngõ vào và ngõ ra. c. Mạch ổn áp dùng IC Sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện cho phép tích hợp các mạch điện tử thành các mạch tổ hợp (IC) công suất lớn. Các mạch ổn áp dùng tranzito có thể thay thế bằng các mạch ổn áp dùng IC có chức năng tương đương như mạch dùng Tranzito nhưng gọn nhẹ và đơn giản hơn. Đối với các mạch ổn áp công suất nhỏ dùng để cung cấp nguồn điện ổn định cho các mạch điều khiển thông thường người ta dùng OP-AMP hoặc kết hợp OP-AMP với tranzito. Mạch ổn áp dương Mạch ổn áp dương được sử dụng rộng rãi hiện nay trên thị trường cũng như trong ký thuật. Tuỳ vào nhu cầu mà người ta có thể dùng loại IC 3 chân hay 4 chân. Mạch ổn áp dùng IC thường có ba chân thông thường thuộc họ 78XX. Sau đây là một mạch điện điển hình (Hình 4.5). Hình 4.5: Mạch nguồn ổn áp dùng 7812 Trong sơ đồ mạch điện dùng IC ổn áp 7812. Điện áp xoay chiều được đưa qua biến áp để giảm áp sau đó được nắn lọc thành điện áp một chiều khoảng từ 15 đến 25 vôn DC đặt vào ngõ vào (input) của IC, ở ngõ ra (output) người ta có được điện áp ổn định 12 vôn DC. Họ 78XX có ưu điểm là gọn, thiết kế mạch đơn giản nhưng dòng điện cung cấp và điện áp làm việc không lớn, và điện áp ra cố định cho từng loại IC. Trên thực tế để tiện việc sử dụng nhà sản xuất chế tạo ra ba loại họ 78XX có dòng cung cấp khác nhau 100 mA có kích thước bằng một tranzito C1815, 500mA có kích thước lớn hơn và 1A như Hình 4.5. Điện áp lớn nhất hiện nay 99
trên thị trường Là 7824. Để đảm bảo tầm làm việc của IC điện áp ngõ vào (input) được chọn lớn hơn điện áp ngõ ra (ouput) khoảng 20% đến 100%. Họ 78XX trên thực tế có thể gắp loại bốn chân vì có thêm một chân điều khiển (Control) có công dụng để tắt mở nguồn cung cấp cho mạch điện. Ngoài họ 78XX có điện áp ngõ ra cố định IC LM317 ba chân cho ra điện áp có thể điều chỉnh được. Hình 4.6. Cau chi a O o Tõ +1,2V ®Õn +37V CAU Ngâ vµo LM 317 Ngâ ra O R1 220 VAC + §iÖn ¸p ®-îc + + C1 C2 P1 220 «m C3 ®iÒu chØnh b 2000uF 2000uF 0,1uF O o 50V 50V 5k 50V BiÕn ¸p O Hình 4.6: Mạch ổn áp điều chỉnh dùng IC LM317 Mạch điện cho điện ỏp ổn định được điều chỉnh từ 1,2V đến 37V. Mạch sử dụng IC LM317T để điện ỏp ngừ ra cú thể được điều chỉnh bằng cỏch sử dụng biến trở P1. Cỏc tụ C1 và C2 làm nhiệm vụ lọc nhiễu của nguồn. Tụ C3 cú chức năng lọc tần số cao. Mạch ổn áp âm Mạch ổn áp âm, là mạch tạo ra nguồn âm cung cấp cho mạch điện. Tương tự như ổn áp dương, mạch ổn áp âm cũng có hai loại: Loại cho ra nguồn cố định họ 79XX và họ điều chỉnh được LM337. Khác mạch ổn áp dương, mạch ổn áp âm có vị trí các chân vào (input) ra (ouput) không giống họ 78XX, và điện áp ngõ vào có giá trị âm. Tương tự như nguồn dương, nguồn âm cũng có thể thiết kế được nguồn âm điều chỉnh được dùng IC LM337... 4.5. Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều 4.5.1. Điều khiển với tần số đóng ngắt không đổi. a. Nguyên lý hoạt động Chu kỳ đóng ngắt T = T1 + T2 không thay đổi. Điện áp trung bình của tải được điều khiển thông qua sự phân bố khoảng thời gian đóng T1 và 100
ngát công tác T2 trong chu kỳ T. Đại lượng đặc trưng khả năng phân bố chính là tỉ số: ᵞ = T1 / T Kỹ thuật điều khiển ᵞ có thể thực hiện dựa vào hai tín hiệu cơ bản: sóng mang dạng răng cưa up và sóng điều khiển một chiều uđk. Hai dạng sóng này được đưa vào bộ so sánh và tín hiệu đầu ra được dùng để kích đóng công tắc S. Sóng mang có tần số không đổi và bằng tần số đóng cắt ccong tắc S. Tần số thành phần xoay chiều hài cơ bản của điện áp tải bằng tần số cố định này. Do đó, sóng điện áp tạo thành dễ lọc. Sóng điều khiển một chiều có độ lớn tỉ lệ với điện áp trung bình trên tải. Phương pháp điều khiển với tần số sóng mang không đổi thường được sử dụng trong thực tiễn. 3.1.2. Điều khiển hoạt động mạch điện áp một chiều theo tần số đóng ngắt không đổi * Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Máy đo VOM và DVOM - Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. - Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. - Linh kiện làm tải giả cho mạch. - Chì hàn, nhựa thông - Dây có chốt cắm 2 đầu. * Qui trình thực hiện + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: + Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. + Thay đổi sóng điều khiển. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp vào / ra của mạch. Nhận xét. + Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra và dòng tiêu thụ trên tải. + Kết luận hoạt động của mạch Báo cáo thí nghiệm 101
Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: -Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn - Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. - Giải thích các kết quả thu được. - Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. 4.5.2. Điều khiển theo dòng điện tải yêu cầu. a. Nguyên lý hoạt động Trong trường hợp tải động cơ một chiều, việc điều khiển mômen động cơ thông qua điều khiển dòng điện (tỉ lệ với mômen). Để hiệu chỉnh dòng điện trong phạm vi cho phép ta có thể sử dụng phương pháp điều khiển dòng điện. Theo đó, công tắc S sẽ đóng ngắt sao cho dòng điện tải đo được và dòng điện yêu cầu có giá trị bằng nhau. Kỹ thuật điều khiển theo dòng điện được giải quyết như trong bộ nghịch lưu áp. Có hai loại cấu trúc mạch điều khiển dòng điện, đó là: - Cấu trúc mạch điều khiển dòng điện sử dụng khâu hiệu chỉnh dòng điện R. - Cấu trúc mạch điều khiển dòng điện sử dụng phần tử phi tuyến dạng mạch trễ. b. Điều khiển hoạt động mạch điện áp một chiều theo dòng điện tải yêu cầu * Thiết bị và dụng cụ chuẩn bị - Máy đo VOM và DVOM - Máy hiện sóng 2 kênh 40MHz - Linh kiện điện tử rời phục vụ cho bài. - Mạch in đã được thiết kế sơ đồ sẵn. - Dây nối mạch điện. - Chì hàn, nhựa thông - Dây có chốt cắm 2 đầu. * Qui trình thực hiện + Lắp ráp mạch theo sơ đồ hình cho trước: + Cấp nguồn cho mạch, cấp nguồn cho điện áp kích. + Thay dòng điện. Đo điện áp đầu vào/ đầu ra, đo dạng điện áp vào / ra của mạch. Nhận xét. 102
+ Tự thiết kế mạch theo yêu cầu cho trước về các giá trị điện áp đầu ra và dòng tiêu thụ trên tải. + Kết luận hoạt động của mạch * Báo cáo thí nghiệm Sinh viên cần hoàn thành các yêu cầu sau: Trình bày quá trình thí nghiệm theo trình tự hướng dẫn Ghi các kết quả thí nghiệm vào báo cáo. Giải thích các kết quả thu được. Nhận xét, đánh giá và so sánh các kết quả. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ giảm áp? 2. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch điện giảm áp? 3. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của bộ tăng áp? 4. Giải thích guyên lý làm việc của mạch điện? 5. Trình bày nhiệm vụ và chức năng từng khối của các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều? 6. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch điện? 103
Bài 5 Bộ nghịch lưu Mục tiêu - Trình bày được nguyên lý biến nguồn AC tần số cố định thành nguồn AC tần số thấp hơn, Xác định được nhiệm vụ và chức năng của từng khối của bộ biến tần. - Kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng trong bộ biến tần một pha và ba pha, Chọn lựa sử dụng đúng chức năng các bộ biến tần đáp ứng được từng thiết bị thực tế. - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập. 5.1. Mạch điều khiển nghịch lưu dòng và nghịch lưu cộng hưởng một pha Đối với nghịch lưu dòng và nghịch lưu cộng hưởng một pha, người ta chỉ quan tâm đến thời điểm mở của các Tiristor, còn quá trình khóa các Tiristor sẽ được thực hiện bằng cách mở các Tiristor trong cùng nhóm. Theo nguyên lý hoạt động của các sơ đồ cầu một pha, ta có thể đề ra nguyên tắc phát xung điều khiển lên các cực điều khiển (G1, G2, G3, G4) theo biểu đồ xung 4 và 5 1 T1 T2 T1 T2 t T3 T4 T3 T4 2 t 3 t 4 G 1G 2 t 5 G3 G4 t Hình 5.1: Biến đổi xung điều khiển chỉnh lưu cầu 1 pha Xung điều khiển đưa vào từng cặp Tiristor T1, T2 lệch nhau 1800 so với xung điều khiển đưa vào cặp T3, T4. Nguyên lý điều khiển nghịch lưu cầu một pha Máy phát xung (1) sẽ tạo ra xung với tần số bằng tần số ra của nghịch lưu. sau khi qua bộ đảo, xung sẽ được phân thành hai kênh lệch nhau 1800 (2 và 3). 104
Xung từ các kênh này được vi phân để lấy thông tin về thời điểm mở các cặpTiristor (4 và 5). các xung này được đưa vào bộ khuếch đại xung để tạo ra các xung điều khiển có độ dài bằng công suất đủ để mở các Tiristor động lực. Để điều chỉnh tần số thì máy phát xung phải có khả năng thay đổi tần số theo quy luật mong muốn Uđkh=F(f) (tín hiệu điều khiển là hàm của tần số và máy phát xung lúc này trở thành bộ biến đổi điện áp tần số). Để ổn định tần số đối với phụ tải hay biến thiên như nghịch lưu cộng hưởng, người ta hay dùng các bộ phản hồi dòng và áp của phụ tải. Mạch phát xung chỉ đóng vai trò kích thích mở lúc ban đầu, sau khi mạch dao động thì mạch cắt xung sẽ được tách ra. 5.2. Mạch điều khiển nghịch lưu dòng ba pha Để điều khiển nghịch lưu dòng ba pha dùng Thyristor, chỉ cần tạo ra các xung mở Thyristor lệch nhau 600. Khi mở các Thyristor ở cùng một nhóm anot chung hoặc katot chung thì van đang dẫn trước đó sẽ bị khoá lại. Do đó sơ đồ điều khiển chủ yếu gồm máy phát xung và bộ phân phối xung ra 6 Tiristor. Sơ đồ điều khiển được mô tả bởi hình vẽ. Hình 5.2: Mạch điều khiển nghịch lưu dòng ba pha Máy phát xung sẽ phát ra tần số f0 lớn gấp 6 lần tần số ra của nghịch lưu. Sau khi đi qua bộ đếm 6, các trạng thái đầu ra của bộ đếm sẽ tạo ra các xung lệch nhau một góc 600 trong một chu kỳ điện áp ra . Các thời điểm ban đầu của xung ứng với các đầu Q1, Q2, Q3 sẽ được đưa vào bộ khuếch đại tạo xung để tạo ra các tín hiệu điều khiển (G1, G2, G3, G4, G5, G6,) cho các Tiristor động lực. 105
X t t Q1 t Q2 t Q3 t Q1 t Q2 t Q3 t G1 t G2 t G3 t G4 t G5 t G6 Hình 5.3: Biểu đồ xung của sơ đồ nghịch lưu dòng ba pha 5.3. Điều khiển nghịch lưu áp một pha Nguồn áp là nguồn được sử dụng rộng rãi vì ưu điểm cơ bản của nó là có thể dùng cho các dạng phụ tải khác nhau. Nhờ sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử, các loại van điều khiển hoàn toàn như IGBT, GTO đã làm đơn giản rất nhiều các mạch điều khiển , nên trong lĩnh vực điều khiển nghịch lưu áp ,người ta chủ yếu thực hiện việc điều khiển theo nguyên tắc điều chế điện áp (PWM) theo quy luật hình sin để tạo ra điện áp có chất lượng cao ,chứa ít thành phần sóng điều hòa bậc cao.(sơ đồ cấu trúc điều khiển nghịch lưu áp một pha được mô tả như hình vẽ ) Bộ dao động sin Trễ So sánh Phân kênh Trễ Bộ dao động sin Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu phân kênh Tín hiệu điện áp hình sin được so sánh với điện áp răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều so với tần số của hình sin thông qua bộ so sánh. Đầu ra của bộ so sánh sẽ cho ra tín hiệu xung có độ rộng thay đổi theo quy luật hinh sin : 106
Tín hiệu được đảo pha để chia thành hai kênh điều khiển hai cặp van động lực (sơ đồ dưới) T1 GDT KĐ T2 Bộ dao động sin T3 & GDT KĐ T4 Hình 5.5: Sơ đồ điều khiển nghịch lưu áp 1 pha Trong nghịch lưu áp, các van động lực được khóa bằng các tín hiệu điều khiển. Do quán tính van không thể khóa được một cách tức thời nên để tránh tình trạng ngắn mạch nguồn (khi một van chưa kịp đóng thì van khác đã mở trong cùng một nhánh cầu), thời điểm mở các van cần làm trễ đi một thời gian ít nhất bằng thời gian phục hồi tính chất điều khiển của van và được thực hiện bằng một bộ trễ (Generator Dead Time: GDT). Sau đó các tín hiệu sẽ được khuếch đại để tạo đủ các van công suất mở các van động lực. 5.4. Điều khiển nghịch lưu áp ba pha * Phương pháp điều chế (PMW)kinh điển Nội dung của phương pháp kinh điển là cần tạo ra tín hiệu điều khiển ba pha đối xứng từ một tín hiệu điều khiển hình sin (U*). Thông thường các bộ nghịch lưu áp đều đòi hỏi khả năng điều chỉnh tần số nên bộ biến đổi một pha thành ba pha (Ua, Ub, Uc,) phải không phụ thuộc vào tần số. Sau đó các tín hiệu Ua, Ub, Uc lần lượt được so sánh với tín hiệu răng cưa. Như vậy đối với nghịch lưu áp ba pha cần có ba bộ điều chế (PMW) cho ba pha riêng biệt. Đây cũng là nhược điểm cơ bản của phương pháp điều chế kinh điển. UA A GDT KĐ 2 UB B GDT KĐ 3 UC C GDT KĐ Hình 5.6: Phương pháp điều chế PWM kinh điển 107
CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp một pha? 2. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp một pha? 3. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu áp ba pha? 4. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch ngịch lưu áp ba pha? 5. Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch nghịch lưu dòng điện? 6. Xác định nhiệm vụ và chức năng của từng khối trong mạch, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch nghịch lưu dòng điện 7. Trình bày nguyên lý hoạt động của từng phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp? 108
Bài 6 Bộ biến tần Mục tiêu - Trình bày được nguyên lý hoạt động của bộ biến tần gián tiếp - Lắp ráp, kiểm tra, sửa chữa được những hư hỏng của mạch. - Có ý thức trách nhiệm, chủ động học tập. 6.1. Khái niệm chung Các BBT là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác. Dòng xoay chiều công nghiệp có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) nên các bộ biến tần dung để biến đổi dòng điện xoay chiều tần số 50Hz (hoặc 60Hz) thành dòng điện tần số khác. Với các BBT dùng cho việc điều chỉnh tốc độ quay động cơ xoay chiều, ngoài việc thay đổi tần số, chúng còn có thể thay đổi cả điện áp ra khác với điện áp lưới cấp vào BBT. Các bộ biến tần được chia làm hai loại chính: - BBT gián tiếp: Trong BBT loại này dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f1 được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều, qua khâu lọc rồi lại được biến đổi thành dòng điện xoay chiều tần số f 2. Đây là loại biến tần được sử dụng rất phổ biến vì tần số f2 cần phải có hoàn toàn không phụ thuộc gì vào f1 mà chỉ phụ thuộc vào mạch điều khiển. - BBT trực tiếp là loại trực tiếp biến đổi dòng điện xoay chiều tầ số f1 thành f2 không thông qua khâu chỉnh lưu nên hiệu suất cao hơn loại trên nhưng việc thay đổi tần số ra rất khó khăn và phải phụ thuộc vào tần số vào f1. 6.2. Bộ biến tần gián tiếp 6.2.1. Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn áp - Sơ đồ gồm 3 khâu: khâu1 chỉnh lưu, khâu 2, khâu 3 nghịch lưu. Khâu 2 là một cầu chỉnh lưu diode mắc song song ngược với cầu biến tần có nhiệm vụ hoàn trả năng lượng về nguồn. Tải của cầu biền tần là động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Đối với cầu biến tần áp 3 pha gián tiếp thì mỗi Th dẫn dòng trong khoảng 1800 điện không kể giai đoạn trùng dẫn. Vì vậy ở bất kì thời điểm nào luôn có 3 Th dẫn dòng, 2 Th ở nhóm A chung hoặc K chung Thyristor thứ 3 ở nhóm còn lại. 109
- Xét trường hợp dây quấn của động cơ được nối sao, trong quá trình làm việc thì một pha được mắc nối tiếp với 2 pha còn lại mắc song song hoặc 2 pha mắc song song rồi mắc nối tiếp với pha còn lại vì vậy điện áp trên mỗi pha của tải sẽ bằng E/3 khi nó được nối song song với một pha khác và bằng 2E/3. Khi nó được nối tiếp với 2 pha còn lại mắc song song với nhau. - Trong một chu kỳ T sẽ có 6 tổ hợp các Th dẫn điện đó làT5T6T1, T6T1T2, T1T2T3, T2T3T4, T3T1T5, T4T5T6, T5T6T1. L Id T1 T3 T5 D3 D5 U V C0 W D4 D6 D2 T4 T6 T2 Hình 6.1: Sơ đồ biến tần ba pha gián tiếp nguồn áp - Đồ thị dòng điện và điện áp trên tải Hình 6.2: Đồ thị dòng điện và điện áp trên tải  2 2 3 3  1 1  U dt   U a dt  U 2 2 2 2 0 U a2 dt dt  a a 0  2  Ua = = 3 3 E  2 Thay Ua = 3 trong khoảng (0; 3 ) và( 3 ;  ) 110
2E  2 Ua = 3 trong khoảng ( 3 ; 3 )  Ua = 0,816 E Đồ thị dòng điện được xác định trong trường hợp tải mang tính cảm kháng nó là các đường cong khi tăng và khi giảm theo quy luật hàm số mũ, điện áp pha và điện áp dây là hàm đối xứng qua gốc toạ độ đó là các hàm lẻ. Khai triển các sóng trên theo chuỗi Furier ta sẽ được các sóng bậc lẻ 2k+1. 2E 1 1 Ua= 3 [sin  t + 3 sin3  t + … + 2k  1 sin(2k +1)  t]. 6.2.2 Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng a. Sơ đồ nguyên lý: L1 L2 L3 α B6C L ud Id T1 D1 D4 T4 T3 D3 D6 T6 T5 D5 D2 T2 U V W Anode chung Katode chung Hình 6.3: Sơ đồ nguyên lý Biến tần gián tiếp 3 pha nguồn dòng -Tụ C: đóng vai trò chuyển mạch - Cầu biến tần gồm các thyristor từ T1 đến T6, các thyristor được mắc nối tiếp thêm 1 diode. - Tải của cầu biến tần là động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc có dây quấn stato được nối vào các điểm giữa của cầu biến tần. b. Nguyên lý làm việc - Dòng điện một chiều Id được các Th của cầu biến tần cắt thành hai dòng điện thành phần bằng nhau về trị số và ngược nhau về dấu. - Các dòng điện thành phần có độ rộng là 1200 điện và cách nhau một khoảng là 600 điện, tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có 2 Th dẫn điện, để đạt được điều đó thì các Th đựoc điều khiển mở theo thứ tự từ T1 đến T6. 111
- Giả sử ban đầu là T1 đang dẫn điện cho dòng qua tải từ dưong nguồn qua T1 qua pha a và về pha c và về T2và về âm nguồn. Các tụ C1, C5 được nạp với cực tính như Hình vẽ ,tụ C3 chưa được nạp , tương tự tụ C6 và C2 cũng được nạp với cực tính như Hình vẽ, tụ C4 chưa được nạp. - Trong quá trình làm việc trên dây quấn các pha của động cơ điện sẽ xuất hiện các s.đ.đ ua= 2 U2sin  t 2 ub= 2` U2sin(  t  3 ) 4 uc= 2 U2sin(  + 3 ). -Quá trình chuyển mạch trong cầu biến tần là quá trình chuyển mạch giữa các pha. Xét quá trình chuyển mạch từ T1 đến T3. Giả sử tại thời điểm đang xét dòng điện đang đi từ T1, D1 qua pha a qua dây quấn pha ac của động cơ qua T2, D2 và về nguồn. t≥0 t>1 L ud L ud Id Id T1 C1 + C5 + D1 D4 C4 T4 C1 C5 D1 D4 C4 T4 uC1 uC5 u13 u21 0 T1 + + - - 0 - - T3 C3 D3 D6 C6 + C2 + T6 C3 D3 D6 C6 C2 T6 0 T3 + + + uC3 u32 - - - - - T5 D5 D2 T2 T5 D5 D2 T2 U V W U V W t>2 t>3 L ud L ud Id Id T1 C1 - C5 D1 D4 C4 T4 + 0 0 T1 C1 + C5 + D1 D4 C4 T4 0 - - T3 C3 + D3 D6 C6 + C2 + T6 T3 C3 D3 D6 C6 + C2 + T6 - - - 0 - - T5 D5 D2 T2 D5 D2 T2 T5 U V W U V W 112